一种保险杠用高强度高韧性铝合金型材及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种保险杠用高强度高韧性铝合金型材，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：硅0.5?1％、镁3.2?5.5％、铁0.5?0.8%、铜0.1?0.3%、锰2?2.3%、铬0.1?0.3%、锌3?4%、钛0.2?0.4%、钆0.01?0.02%、钇0.03?0.05%，其余为铝和不可避免的杂质元素。同时，本发明还公开了一种制备该铝合金型材的方法，通过该方法制备的铝合金型材综合力学性能优异，具有较高的抗拉强度，韧性好，可以用于制作高级轿车保险杠，安全系数高，经久耐用。
【专利说明】一种保险杠用高强度高韧性铝合金型材及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于铝合金材料及加工技术领域，尤其涉及一种保险杠用高强度高韧性铝合金型材及其制备方法。
【背景技术】
[0003]目前，汽车行业快速发展，人们对汽车的性价比要求越来越高。保险杠是汽车本身的重要组成部分，起作用是当汽车与其他车辆或障碍物发生碰撞时，能保护司乘人员按期、降低车体损害程度。国内外正在研究和开发安全型保险杠，代表了今后一段时期世界各国汽车保险杠的发展趋势，安全型保险杠主要包括自身吸能型、液压缓冲型及其安全气囊型保险杠等。
[0004]汽车保险杠是一种表面积大、形状复杂的薄臂结构部件，它要求具有优异的高、低温冲击韧性、刚性、耐老化性、耐热性和耐寒性;而现有的汽车保险杠多采用聚氨酯弹性体和ABS等材料制备，这些材料成型工艺复杂、价格昂贵，使得汽车成本增加，加大了购买者的负担;聚丙烯材料以其低密度、易成型加工、可回收利用的优点，在汽车上的应用不断增大，但是聚丙烯材料韧性和抗冲击强度低，增大了司机及乘客的风险，而且成品表面的光泽度和平滑度较差。
[0005]而铝合金因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，常用于加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。如专利CN104862517A公开了一种用于制造车辆保险杆的吸能泡沫铝材料；专利CNl 03710594A公开了一种轿车保险杠用铝合金型材的制备方法；专利CN103451492A公开了一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺，但上述现有的铝型材的抗拉强度、硬度以及韧性等满足目前高安全保障的要求，导致轿车安全系数较低，而且造价较高、生产效率较低、性能不能达到使用要求。
【发明内容】
[0006]本发明为解决现有技术中的上述问题，提供一种具有良好的抗拉强度、机械强度和韧性的保险杠用高强度高韧性铝合金型材及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
本发明的第一个方面是提供一种保险杠用高强度高韧性铝合金型材型材，包括以下质量百分比的化学成分:硅0.5-1 %、镁3.2-5.5%、铁0.5-0.8%、铜0.1-0.3%、锰2_2.3%、铬
0.1-0.3%、锌3-4%、钛0.2-0.4%、钆0.01-0.02%、钇0.03-0.05%，其余为铝和不可避免的杂质元素。
[0008]进一步地，所述保险杠用高强度高韧性铝合金型材型材，包括以下质量百分比的化学成分:硅0.6-0.8%、镁4.5-5%、铁0.6-0.7%、铜0.15-0.25%、锰 2.1-2.2%、铬0.15-0.25%、锌 3.4-3.6%、钛 0.3-0.35%、钆 0.015-0.017%、钇0.035-0.045%，其余为铝和不可避免的杂质元素。
[0009]进一步地，所述保险杠用高强度高韧性铝合金型材型材，包括以下质量百分比的化学成分:硅0.7 %、镁4.8 %、铁0.65%、铜0.2%、锰2.1%、铬0.2%、锌3.5%、钛0.33%、钆
0.016%、钇0.040%，其余为铝和不可避免的杂质元素。
[0010]本发明的第二个方面是提供一种保险杠用高强度高韧性铝合金型材型材的制备方法，包括以下步骤:
步骤1，按配方比的化学成分称取金属硅、铝锭、镁锭、锌锭和锰锭并加入到干燥的熔炼炉中，在温度为780-7900C下预熔炼30-50min，然后将配方比的化学成分铁、铜、铬、钛、钆、钇以中间合金的形式投入熔炼炉中，保持温度为740-750°C直到投料全部熔化得到铝合金溶液；
步骤2，将步骤I得到的铝合金熔液在740-745°C温度下倒入静置炉，采用吹入氩气和精炼剂配合使用的方法，进行精炼、除气，精炼剂用量为0.5-1.0千克/吨，并采用多孔过滤板除去熔液中的氧化夹杂物，得到精炼熔液；
步骤3，将步骤2得到的精炼熔液在725-735 °C下进行半连续浇铸，得到铝合金铸锭；步骤4，将步骤3得到的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为490°C/lh，铝合金铸锭经均匀化处理后被预热至480-500°C，利用挤压机挤出成型，模具温度450-470°C，挤压筒温度450-470°C，挤压件出模温度480-510°C，产品流出速度7-9mm/s;
步骤5，将步骤4得到的铝合金型材进行在线水淬处理，淬火温度为370-390°C，水温控制在10-15°C，铝合金型材淬火完全后按照时效制度位200°C/24h进行时效处理得到铝合金型材成品。
[0011]进一步地，在所述步骤I熔炼过程中严格控制各合金成分的比例，杂质质量百分含量控制在0.05%以下。
[0012]进一步地，所述步骤(I)中锌锭分二批加入炉内，加入一批待Zn熔化后，用永磁搅拌器搅拌5min，正反转各搅拌5min，使炉内的化学成分和温度均勾。
[0013]进一步地，所述步骤2从倒炉到铸造，熔体在静置炉内停留时间不得超过0.5h。
[0014]进一步地，所述步骤2中所采用的精炼剂的组分配比为:萤石6-10份、白云石6-10份、氯化锂5-8份、氯化|丐10-15份、纳米氧化钡2-3份、纳米氧化硼0.5-1份、乙稀基三乙氧基硅烷0.5-1份、三乙醇胺2-3份、三氟甲基磺酸锂0.2-0.5份。
[0015]优选地，所述精炼剂的组分配比为:萤石8份、白云石8份、氯化锂6份、氯化钙12份，纳米氧化钡2.5份、纳米氧化硼0.8份、乙烯基三乙氧基硅烷0.8份、三乙醇胺2.5份、三氟甲基磺酸锂0.24份。
[0016]进一步地，所述述精炼剂的制备方法为:(I)将萤石、白云石混合均匀，740-750°C煅烧1.5h，冷却至室温后放入浓度为30%的盐酸溶液中浸泡3h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1300 °C煅烧1.5h，冷却至室温，粉碎，过120目筛；(2 )将过筛后的混合物与纳米氧化钡、纳米氧化硼混合均匀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2500rpm高速研磨5min，待用；(3)将氯化锂和氯化|丐混合均勾，加热至待其全部恪融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌30-40min，喷射造粒，即得精炼剂。
[0017]进一步地，所述将步骤4中均匀化制度为490°C/lh，铝合金铸锭经均匀化处理后被预热至485-495°C，利用挤压机挤出成型，模具温度460-465°C，挤压筒温度460-465°C，挤压件出模温度490-500 °C，产品流出速度8mm/s。
[0018]进一步地，所述步骤5中淬火温度为380-385°C，水温控制在12_13°C。
[0019]本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果:
本发明的制备方法通过采用合适的铝合金材料、挤压温度、挤压系数、淬火冷却方式、和时效方式，使生产出的汽车铝合金保险杠吸能盒性能达到:Rp0.2彡120MPa，Rm彡180MPa，延伸率多12%;并且整个工艺生产效率以及成品率高，成本低;本发明制得的铝合金型材综合力学性能优异，具有较高的抗拉强度，韧性好，热稳定性好，抗疲劳性好，耐磨性好，具有良好的加工和成型性能;经组装后形成的保险杠产品不仅具有很好的防撞性能，且在剧烈撞击时吸能效果良好，具备很好的缓冲性能；可以用于制作高级轿车保险杠，安全系数高，经久耐用。
【具体实施方式】
[0020]下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
[0021]实施例1制备保险杠用高强度高韧性铝合金型材
步骤I，按化学成分的比例为:硅0.5 %、镁3.5 %、铁0.5%、铜0.1%、锰2.3%、铬0.1%、锌4%、钛0.2%、钆0.01%、钇0.03%，其余为铝和不可避免的杂质元素;称取金属硅、铝锭、镁锭、锌锭和锰锭并加入到干燥的熔炼炉中，在温度为780°C下预熔炼35min，然后将配方比的化学成分铁、铜、铬、钛、钆、钇以中间合金的形式投入熔炼炉中，保持温度为745°C直到投料全部熔化得到铝合金溶液；
步骤2，将步骤I得到的铝合金熔液在743°C温度下倒入静置炉，采用吹入氩气和精炼剂配合使用的方法，进行精炼、除气，精炼剂用量为0.6千克/吨，并采用多孔过滤板除去熔液中的氧化夹杂物，得到精炼熔液；
步骤3，将步骤2得到的精炼熔液在725 °C下进行半连续浇铸，得到铝合金铸锭；
步骤4，将步骤3得到的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为490°C/lh，铝合金铸锭经均匀化处理后被预热至490°C，利用挤压机挤出成型，模具温度450°C，挤压筒温度4500C，挤压件出模温度480 0C，产品流出速度9mm/s;
步骤5，将步骤4得到的铝合金型材进行在线水淬处理，淬火温度为390°C，水温控制在10°C，铝合金型材淬火完全后按照时效制度位200°C/24h进行时效处理得到铝合金型材成品O
[0022]实施例2制备保险杠用高强度高韧性铝合金型材
步骤I，按化学成分的比例为:硅I %、镁5.5%、铁0.8%、铜0.3%、锰2%、铬0.1%、锌4%、钛
0.2%、钆0.02%、钇0.05%，其余为铝和不可避免的杂质元素;称取金属硅、铝锭、镁锭、锌锭和锰锭并加入到干燥的熔炼炉中，在温度为790°C下预熔炼50min，然后将配方比的化学成分铁、铜、铬、钛、钆、钇以中间合金的形式投入熔炼炉中，保持温度为750°C直到投料全部熔化得到铝合金溶液；
步骤2，将步骤I得到的铝合金熔液在745°C温度下倒入静置炉，采用吹入氩气和精炼剂配合使用的方法，进行精炼、除气，精炼剂用量为1.0千克/吨，并采用多孔过滤板除去熔液中的氧化夹杂物，得到精炼熔液；
步骤3，将步骤2得到的精炼熔液在735 °C下进行半连续浇铸，得到铝合金铸锭；
步骤4，将步骤3得到的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为490°C/lh，铝合金铸锭经均匀化处理后被预热至500°C，利用挤压机挤出成型，模具温度470°C，挤压筒温度4700C，挤压件出模温度510 °C，产品流出速度7mm/s;
步骤5，将步骤4得到的铝合金型材进行在线水淬处理，淬火温度为390°C，水温控制在15°C，铝合金型材淬火完全后按照时效制度位200°C/24h进行时效处理得到铝合金型材成品O
[0023]实施例3制备保险杠用高强度高韧性铝合金型材
步骤I，按化学成分的比例为:硅0.7%、镁4.8%、铁0.65%、铜0.2%、锰2.1%、铬0.2%、锌3.5%、钛0.33%、钆0.016%、钇0.040%，其余为铝和不可避免的杂质元素;称取金属硅、铝锭、镁锭、锌锭和锰锭并加入到干燥的熔炼炉中，在温度为785°C下预熔炼40min，然后将配方比的化学成分铁、铜、铬、钛、钆、钇以中间合金的形式投入熔炼炉中，保持温度为745°C直到投料全部熔化得到铝合金溶液；
步骤2，将步骤I得到的铝合金熔液在745°C温度下倒入静置炉，采用吹入氩气和精炼剂配合使用的方法，进行精炼、除气，精炼剂用量为0.8千克/吨，并采用多孔过滤板除去熔液中的氧化夹杂物，得到精炼熔液；
步骤3，将步骤2得到的精炼熔液在730 °C下进行半连续浇铸，得到铝合金铸锭；
步骤4，将步骤3得到的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为490°C/lh，铝合金铸锭经均匀化处理后被预热至490°C，利用挤压机挤出成型，模具温度460°C，挤压筒温度4600C，挤压件出模温度500 0C，产品流出速度8mm/s;
步骤5，将步骤4得到的铝合金型材进行在线水淬处理，淬火温度为380°C，水温控制在13°C，铝合金型材淬火完全后按照时效制度位200°C/24h进行时效处理得到铝合金型材成品O
[0024]本发明实施例1-3制备保险杠用高强度高韧性铝合金型材，通过对铝合金化学成分配比进行重组的优化，并采用合适的铝合金材料、挤压温度、挤压系数、淬火冷却方式、和时效方式，使生产出的汽车铝合金保险杠吸能盒性能达到:Rp0.2彡120MPa，Rm彡180MPa，延伸率多12%;用于汽车保险杠吸能盒产品不仅具有很好的防撞性能，且在剧烈撞击时吸能效果良好，具备很好的缓冲性能，安全系数高，经久耐用。
[0025]以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【主权项】
1.一种保险杠用高强度高韧性铝合金型材，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分:硅0.5-1 %、镁3.2-5.5%、铁0.5-0.8%、铜0.1-0.3%、锰2-2.3%、铬0.1-0.3%、锌3_4%、钛0.2-0.4%、钆0.01-0.02%、钇0.03-0.05%、其余为铝和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分:硅0.6-0.8%、镁4.5-5%、铁0.6-0.7%、铜0.15-0.25%、锰2.1-2.2%、络0.15-0.25%、锌 3.4-3.6%、钛0.3-0.35%、钆 0.015-0.017%、钇0.035-0.045%、其余为铝和不可避免的杂质元素。3.—种如权利要求1或2所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，按配方比的化学成分称取金属硅、铝锭、镁锭、锌锭和锰锭并加入到干燥的熔炼炉中，在温度为780-7900C下预熔炼30-50min，然后将配方比的化学成分铁、铜、铬、钛、钆、钇以中间合金的形式投入熔炼炉中，保持温度为740-750°C直到投料全部熔化得到铝合金溶液； 步骤2，将步骤I得到的铝合金熔液在740-745°C温度下倒入静置炉，采用吹入氩气和精炼剂配合使用的方法，进行精炼、除气，精炼剂用量为0.5-1.0千克/吨，并采用多孔过滤板除去熔液中的氧化夹杂物，得到精炼熔液； 步骤3，将步骤2得到的精炼熔液在725-735 °C下进行半连续浇铸，得到铝合金铸锭； 步骤4，将步骤3得到的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为490°C/lh，铝合金铸锭经均匀化处理后被预热至480-500°C，利用挤压机挤出成型，模具温度450-470°C，挤压筒温度450-470°C，挤压件出模温度480-510°C，产品流出速度7-9mm/s; 步骤5，将步骤4得到的铝合金型材进行在线水淬处理，淬火温度为370-390°C，水温控制在10-15°C，铝合金型材淬火完全后按照时效制度位200°C/24h进行时效处理得到铝合金型材成品。4.根据权利要求3所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材的制备方法，其特征在于，在所述步骤I熔炼过程中严格控制各合金成分的比例，杂质质量百分含量控制在0.05%以下。5.根据权利要求3所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中锌锭分二批加入炉内，加入一批待Zn熔化后，用永磁搅拌器搅拌5min，正反转各搅拌5min，使炉内的化学成分和温度均勾。6.根据权利要求3所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述步骤2从倒炉到铸造，熔体在静置炉内停留时间不得超过0.5h。7.根据权利要求3所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所采用的精炼剂的组分配比为:萤石8-10份、白云石8-10份、氯化锂5-8份、氯化钙10-15份、纳米氧化钡2-3份、纳米氧化硼0.5-1份、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-1份、三乙醇胺2-3份、三氟甲基磺酸锂0.2-0.5份。8.根据权利要求3所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述将步骤4中均匀化制度为490°C/lh，铝合金铸锭经均匀化处理后被预热至485-495°C，利用挤压机挤出成型，模具温度460-465°C，挤压筒温度460 V-465 V，挤压件出模温度490°C -500 °C，产品流出速度8mm/s。9.根据权利要求3所述的保险杠用高强度高韧性铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述步骤5中淬火温度为380-385°C，水温控制在12-13°C。
【文档编号】C22F1/047GK106086551SQ201610588432
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月25日 公开号201610588432.8, CN 106086551 A, CN 106086551A, CN 201610588432, CN-A-106086551, CN106086551 A, CN106086551A, CN201610588432, CN201610588432.8
【发明人】罗布湾
【申请人】慈溪市宜美佳铝业有限公司